【摘 要】
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结构遭到汽车撞击、爆炸等高应变率荷载作用导致柱失效后,失效柱上方受损跨梁如果不能消化上部荷载,结构将发生竖向连续倒塌。Engineered Cementilious Composites(工程用水泥基复合材料,简称ECC)因其拉伸应变硬化,多裂开裂的特征,使其具有高延性、高韧性、裂缝宽度小的特点,受损跨梁材料可采用ECC替代混凝土,从而在大变形阶段依然可以为结构提供抗力。大变形阶段ECC与钢筋会出
【基金项目】
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国家自然科学基金青年基金“考虑压拱和悬链效应的RC框架结构反应修正系数”(项目编号KY330012); 福建省自然科学基金面上项目“装配整体式混凝土结构连续倒塌机理研究”(项目编号2017J01672); 福州市科技局项目“基于BRB的装配式混凝土结构消能减震关键技术研究”(项目编号2018-G-52);
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结构遭到汽车撞击、爆炸等高应变率荷载作用导致柱失效后,失效柱上方受损跨梁如果不能消化上部荷载,结构将发生竖向连续倒塌。Engineered Cementilious Composites(工程用水泥基复合材料,简称ECC)因其拉伸应变硬化,多裂开裂的特征,使其具有高延性、高韧性、裂缝宽度小的特点,受损跨梁材料可采用ECC替代混凝土,从而在大变形阶段依然可以为结构提供抗力。大变形阶段ECC与钢筋会出现粘结滑移,粘结滑移程度直接影响结构抗力。并且由于结构柱是瞬间突然失效,会产生明显的动力效应。钢筋和ECC两种材料均具有应变率敏感性,荷载应变率会影响其力学性能、变形性能和本构关系,但是在高应变率荷载作用下,ECC与钢筋的粘结滑移机理不明确,本构关系未建立,造成无法基于有限元软件模拟该类结构连续倒塌的动态过程,因此,本文主要进行了以下研究:(1)基于霍普金森压杆(Split Hopkinson Pressure Bar,简称SHPB)装置和粘结滑移试验的特点,设计了SHPB进行高应变率粘结滑移试验的附属装置,解决了钢筋滑移行程问题、试件非平面接触问题和钢筋内部应变片引线的导出问题。(2)考虑应变率、钢筋直径、ECC强度等级三个参数对ECC与钢筋动态粘结性能的影响,设计并制作了108个圆柱形试件,使用SHPB与附属装置完成了动态粘结滑移试验,发现受到高应变率荷载冲击的试件出现了ECC劈裂-钢筋拔出、ECC劈裂-钢筋屈曲和ECC劈裂三种破坏模式;进一步设计并制作了9个钢筋-ECC静力粘结滑移对比试件,进行了静力中心拉拔试验,发现在静力荷载作用下,试件均出现了ECC劈裂-钢筋拔出的破坏模式。(3)通过SHPB试验,测得了高应变率下粘结滑移曲线(粘结应力-滑移量曲线),揭示了粘结机理,以平均极限粘结强度、平均滑移量及极限粘结刚度作为评价依据分析了应变率、钢筋直径、ECC强度等级三个参数对动态粘结滑移性能的影响;通过中心拉拔试验,测得了静态的粘结滑移曲线,分析了钢筋直径对静态极限粘结强度的影响,对比了动静态粘结滑移曲线,计算了动力增强系数DIF(Dynamic Increase Factor,简称DIF)。(4)通过钢筋内贴应变片法,推导了钢筋锚固长度范围内粘结应力及钢筋与ECC相对滑移的分布规律,提出了反映粘结应力-滑移量关系在锚固长度内的分布规律的位置函数ψ)(x,对比验证了动态粘结试验结果与部分已有粘结滑移本构的吻合性,提出了一种两曲线的平均粘结滑移本构φ(s),建立了一种考虑锚固位置影响的高应变率下钢筋与ECC的粘结滑移本构τ(s,x)。
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